第二章MOVPE生长系统

1、第二章第二章 MOVPE 生长系统生长系统 AP-MOCVD 设备简单 维修方便MOCVD反应室反应室 LP-MOCVD有助于消除反应室内热驱动对流抑制有害的寄生反应和气相成核有利于获得陡峭结和改善均匀性可以使用较低生长温度以及使用较低蒸气压的MO源XX用电占总成本比例达71%气体输运分系统的功能是向反应室内输运各种气体输运分系统的功能是向反应室内输运各种反应物，并精确控制其计量、送入时间和顺序反应物，并精确控制其计量、送入时间和顺序以及流过反应室的总气体流速等。以及流过反应室的总气体流速等。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统

2、MOVPE外延层生长原位监测载气供应子系统载气供应子系统氢化物供应子系氢化物供应子系统统MO源供应子系统源供应子系统生长生长/ /放空多路组合阀放空多路组合阀MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测载气供应子系统载气供应子系统载气的作用是把反应剂输运到反应室。载气供应子系统包括氢气和氮气钢瓶、压力调节阀、氢气和氮气纯化器等。氢气易于提纯，并且具有还原性成为最广泛使用的载气。对N2还利用它的惰性，在装卸衬底、更换源瓶、或维修设备时打开系统前，用氮气置换系统中的氢气。提纯：提纯：普遍使用钯合金扩散纯化器，利用

3、在300-400只有氢气能扩散通过钯合金的特点。采用高压氮气为动力的Verituri气体真空发生器抽出钯合金中的氢，并配合氮气吹扫来保护钯合金。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测氢化物供应子系统氢化物供应子系统标准管路摩尔流量(mol/min)：nv=F/VmF为标准状态下氢化物的流量，单位sccm双稀释管路摩尔流量(mol/min)：F1为氢化物流量，F2为稀释流量，F3为进入反应室的稀释混合气体流量，为钢瓶种氢化物的稀释分数在置换钢瓶前后需多次“抽空-回充氮气”操作，防止剧毒氢化物外泄及管路被空

4、气沾污。真空管路附近有连接氦质谱检测仪的检漏口，用于检测系统的气密性。真空氮气管路MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MO源供应子系统源供应子系统固态源（TMIn）需要专门设计的固态源瓶，以避免普通源瓶经常出现的气体流过固态床路径缩短的“沟流现象”，造成固态源输出剂量不稳定，还可以利用超声波浓度计测量固态源输出的浓度MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MO源供应子系统源供应子系统单稀释管路：单稀释管路：在瓶源

5、出口处注入氢气，稀释MO源的蒸汽以加速源的输送，通常用于通入MO源瓶的载气量小的情况。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MO源供应子系统源供应子系统双稀释管路双稀释管路：用在注入反应室的摩尔流量特别小而MO源的蒸汽压又高的掺杂源管路中。进入鼓泡瓶的载气F1被MO源饱和，流出源瓶后立即与另外一股载气F2混合。稀释后的混合气体只有一部分F3的气流进入反应室，其余部分则通过EPC经放空线放空。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外

6、延层生长原位监测MO源供应子系统源供应子系统固态源：固态源：为了避免“沟流效应”造成输出计量不稳定，还可以利用超声波浓度计测量固态源输出浓度，再通过计算机调整MFC的流量值达到控制MO源计量的目的。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MO源供应子系统源供应子系统通常一种元素只设置一条含有该元素的MO源管路，当生长具有相邻两层虽然组成元素相同但组分不同的多层结构时，为了注入计量能够快速变化，同一元素设置双重管路，即设置两个相同元素的MO源。双重管路双重管路当气体流速过大和液面过低都会造成液态源的不饱和。

7、气体流速过大气体流速过大：可将源瓶内气体出口由一个变成多个，使鼓泡更分散从而增大了气-液接触面积。液面过低液面过低：利用测量液面位置的液面传感器，实时监测不锈钢源瓶内的液面位置。液态源的不饱和液态源的不饱和（大量使用于特丁基砷化氢或特丁基磷化氢）特点是不用载气，只需调整源温的蒸汽压大于反应室工作压力，MO源直接从源瓶蒸发出来。直接馈送源技术直接馈送源技术MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测生长生长/ /放空多路组合阀放空多路组合阀生长/放空多路阀是由多个三通阀组成，所有反应剂都先通过该组合阀，在这里选

8、择进入生长管线或放空管线。RUNVENT管路流有等量的补偿载气流量切出或切入RUN管路，始终保持进入反应腔体的气体总流量恒定。RUN-VENT管路压差控制：当RUN管路压力高于VENT管路，MO源从VENT管路切入RUN 管路时，会有其他杂质元素进入RUN管路，影响所生长外延层的质量；当RUN管路压力低于VENT管路，MO源从RUN管路切入VENT管路时,VENT管路尾气会反灌入MO管路中，可能会导致污染物进入MO源鼓泡瓶中，污染MO源。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应

9、室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料输送中的部分损耗所造成的外延层不均匀生长反应室包括生长反应室包括放置衬底的基座放置衬底的基座、加热器加热器和和温度传感器温度传感器，有的还配备光学原位测量用的，有的还配备光学原位测量用的光学窗口光学窗口以及以及自动装卸晶圆片的机械手。自动装卸晶圆片的机械手。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无

10、涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料沿程耗尽所造成的外延层不均匀热基座产生的温度梯度可能引发热对流导致的涡流。抑制热对流的主要方法是降低反应室工作压力，也可用减小衬底上方的空间高度的方法。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好

11、的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料输送过程中的损耗所造成的外延层不均匀MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料沿程耗尽所造成的外延层不均匀高速旋转盘式反应室采用的是可调节反应剂量分布的特殊喷口行星式气垫旋转水平反应室采取衬底自转加公转水平反应室采用加大总流量，利用”冷指效应”保存一部分反应剂到

12、下游使用,以获得均匀的外延层。 源和源之间的预反应也会造成源的消耗，可采用双生长/放空多路阀门分别导入反应剂，还可以在反应管入口设置隔板，使其在到达基座前才混合。降低反应室压力，消除涡流等措施也可以抑制预反应。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料输送过程中的损耗所造成的外延层不均匀包覆SiC的高纯石墨载

13、盘可以使用到1200，TaC包覆的石墨盘可以工作到1800，也可以使用金属钼做基座。反应室器壁通常由高纯石英玻璃或用不锈钢(水冷)制成。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料输送过程中的损耗所造成的外延层不均匀MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置

14、分系统MOVPE外延层生长原位监测精确地控制反应室压力保持反应室内气体无涡流的层流流动是反应室设计的关键防止反应室在装卸片或运行时被空气沾污防止构成反应室的材料释放杂质对外延层造成沾污良好的衬底温度均匀性是获得均匀外延层的前提克服原材料输送过程中的损耗所造成的外延层不均匀压力控制由压力传感器-节流阀-真空泵组成的闭环系统组成，将来自压力传感器的信号送入控制电路以调整下游节流阀的张开角度来控制泵的抽气速率，达到恒定压力的目的。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测生产型反应室生产型反应室 需要考虑反应室容

15、量、原材料的利用率、生长特定结构材料的周期、影响设备利用率的非生长时间等因素。研究型水平反应室研究型水平反应室小容量的水平或者立式反应室由于结构简单、操作方便运行成本低而广泛应用于大学和科研院所的MOVPE实验室中。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测AIXTRON公司生产的一种研究型水平反应室公司生产的一种研究型水平反应室其由具有矩形截其由具有矩形截面的石英内管和面的石英内管和耐压的圆形石英耐压的圆形石英保护外管组成，保护外管组成，可以放置一片可以放置一片2 2英寸英寸(50.8 mm)(50.8

16、mm)直径的衬底。直径的衬底。 其内外管之间亦通入氢气，以保持外管的清洁透明。 通常V族氢化物的气流靠近衬底，以抑制衬底的分解。 衬底放置在包裹了SiC薄膜的石墨基座上。l可用高频感应加热，也可以用红外灯辐射加热。l石英生长室可以方便的配备垂直入射或是以布儒斯特角入射的各种光学探测装置进行原位监测。l末端配备装卸片用的氮气手套箱和传递衬底时防止空气污染手套箱的气闸。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测气垫旋转技术无需机械传动，仅需气垫旋转技术无需机械传动，仅需从反应管后部用石英管将氢气送入从反应管后部

17、用石英管将氢气送入石墨基座即可驱动放置衬底的石墨石墨基座即可驱动放置衬底的石墨转盘。转盘。组成组成：上面放置的石墨转盘和下面的石墨固定基座。为克服反应物的沿程消耗，侧壁效应，以及热对流漩涡所引起的衬底生长速度的不均匀性，引入衬底气垫技术。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测AIXTRON公司的行星式气垫旋转水平反应室公司的行星式气垫旋转水平反应室采用扁平式气采用扁平式气垫自转加公转垫自转加公转方式，反应室方式，反应室的最大容量已的最大容量已经达到每次生经达到每次生长长9595片片2in2in外外延片。

18、延片。l 三层流喷口上下两层走V族气流，中间层为III族气流，通过格栅被迫转向大石墨基座和天棚之间的环形空间呈辐射状向外缘水平流动。l 消除了侧壁效应，天棚和基座靠的很近，抑制了对流漩涡获得层流。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测 流过反应室的总气体流量是调整外延流过反应室的总气体流量是调整外延层生长均匀性的最重要参数。利用控制上层生长均匀性的最重要参数。利用控制上层和下层流速比和天棚的温度也可以细调层和下层流速比和天棚的温度也可以细调衬底均匀性。衬底均匀性。 对于氮化物体系采用高频感应加热，对于氮

19、化物体系采用高频感应加热，而对于生长温度较低的材料基座采用红外而对于生长温度较低的材料基座采用红外灯辐射加热。灯辐射加热。 此种行星旋转式反应室设计有较高的此种行星旋转式反应室设计有较高的原材料利用率。生长室配备装卸片氮气手原材料利用率。生长室配备装卸片氮气手套箱，也可配备机械手完成自动化装卸片套箱，也可配备机械手完成自动化装卸片操作，提高反应室的利用率。操作，提高反应室的利用率。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测反应室的最大容量已经达到每反应室的最大容量已经达到每次生长次生长5757片片2in2i

20、n外延片。反应外延片。反应剂由顶部特殊设计的气流法兰剂由顶部特殊设计的气流法兰盘喷口注入，几座高速旋转盘喷口注入，几座高速旋转(700-1500 r/min),(700-1500 r/min),尾气从下尾气从下部流出。部流出。此基座的转速成为这此基座的转速成为这类反应室重要的生长参数之一。类反应室重要的生长参数之一。Veeco公司的不锈钢结构的立式公司的不锈钢结构的立式高速旋转盘式反应室高速旋转盘式反应室气流法兰盘气流法兰盘喷口结构喷口结构MO源分为可以独立调整源分为可以独立调整计量的内、中、外计量的内、中、外3 3个注个注入区进入反应室，以改入区进入反应室，以改善生长层的均匀性。善生长层的均

21、匀性。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测Thomas Swan (Aixtron子公司）的子公司）的立式紧耦合喷淋反应室立式紧耦合喷淋反应室反应室的最大容量已经达到每次反应室的最大容量已经达到每次生长生长3030片片2 2in外延片。其特点是注外延片。其特点是注入反应剂的淋喷头与衬底之间的入反应剂的淋喷头与衬底之间的距离小到距离小到10-20mm10-20mm。反应室壁需

22、用水冷却。立式紧耦反应室壁需用水冷却。立式紧耦合喷淋反应室中采用不锈钢制成合喷淋反应室中采用不锈钢制成的水冷淋喷头，内径的水冷淋喷头，内径0.6mm0.6mm，密，密度度15.515.5个个/cm/cm2 2。喷淋头的喷孔照片喷淋头的喷孔照片大孔为光学探测孔大孔为光学探测孔基座的旋转速率通常为基座的旋转速率通常为100-500 100-500 rpm。生长室的总流速生长室的总流速(Q)(Q)、压力、压力(P)(P)、喷口与衬底、喷口与衬底距离距离(H)(H)和基座旋转速率和基座旋转速率( () )是影响外延生是影响外延生长速度、均匀性和原材料利用率的主要因素。长速度、均匀性和原材料利用率的主要

23、因素。 提高总载气流量可以抑制喷口沉积物的提高总载气流量可以抑制喷口沉积物的沉积。沉积。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测GaAs原子层外延的生长顺序原子层外延的生长顺序原子层外延生长(Atomic Layer Epitaxy)是一种制备超薄层的技术。ALE生长条件的选择是要使衬底在交替暴露过程中每次只形成含有一种元素的Langmuir吸附单层，称为自限制结构。优点：可以在大面积衬底上精确控制厚度和组分，获得平整无缺陷表面，适于原子层掺杂和选择外延生长缺点：生长速度低，用MO源时碳污染比较严重。MO

24、VPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测1、按一定的时序交替地把反应剂注入到反应室中，并在其间用氢气吹扫，以避免两种反应剂之间的扩散。2、III族和V族反应剂在空间上被隔开，并使衬底在其间作交替移动。ALE-MOVPE生长装置生长装置MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测一般来讲提高生长温度会使半导体的点缺陷浓度上升，自掺杂加剧，并且由于扩散系数增大，也不利于获得陡峭的结。等离子增强MOVPE技术是采用等离子体来预先分

25、解NH3或PH3等高热稳定性氢化物，因而可以显著降低生长温度和增加并入效率。但要注意从等离子体逸出的粒子能量不能太高，否则会生长的晶体中造成晶格损伤。生长生长GaN的等离子体增强的等离子体增强MOVPE装置装置在高于在高于300300温度下生长速率温度下生长速率01.-01.-0.3m/hMOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MOPVE法生长速率较低，HVPE法生长速度比MOVPE法快得多，适合生长厚GaN层，外延层中的点缺陷浓度低。因此用MOVPE法生长缓冲层，接着用HVPE生长厚GaN层，可以说是一

26、种集中两者优点的互补生长技术。以生长GaN为例：“冷壁反应室”模式下，1000热处理蓝宝石衬底，降低温度至500，通入TMGa和NH3生长25nm厚的缓冲层；“双温区热壁反应室”模式下，衬底加热到1025完成缓冲层的再结晶后，通入HCl和NH3用HVPE方法生长12微米的GaN外延层。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测尾气中除了含有有毒气体及易燃易爆气体，还有很多颗粒，例如有毒的砷粉末。湿法过滤器由液槽、填料式喷淋塔和循环液体的泵等组成。小型活性炭过滤器是为了主系统出现故障时临时启用的。另一种尾气处

27、理装置是利用吸附剂吸附毒气的活性炭过滤器。在氮化物生长系统中使用大量过量氨气，尾气先经过热解炉分解残余的MO源，然后进入400热催化裂解炉将99%以上的氨气裂解成氮气和氢气，最后通过吸附床取出剩余的杂质。活性炭过滤器示意图活性炭过滤器示意图MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测几种工业生产型MOCVD尾气处理方法压缩冷凝法MOCVD尾气回收纯化系统MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测（常州氮源光电科技有限公司）

28、常州氮源光电科技有限公司设计的处理MOCVD尾气装置有关MOCVD尾气处理，德国Aixtron和美国Veeco认为MOCVD外延生长晶片时要求炉内的气体组分、压力、温度和流量等要严格控制，因此不能导出尾气进行回收处理，会因小失大。所以尾气处理回收系统关键问题是必须在MOCVD生产的机台数变化，每个工艺过程中用气量的变化情况下，能保持稳定的负压来导出尾气，不能影响机台的生产，不会Down机。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测MOVPE生长控制装置分系统主要由上位的工业控制计算机和下位的多个可编程控制器

29、(PLC)等组成。(1)材料生长程序的生成、运行、分析和统计功能(2)手动控制功能(3)安全功能(4)维修提示(5)辅助生长条件选择输入信号包括各类仪表传感器的流量、压力、温度、报警信号等。输出信号设计电磁阀、接触器、电机、压力控制器、流量控制器、加热器等控制量。上位计算机负责材料生长过程监控、控制系统的监控界面运行、数据记录、警报记录、数据趋势图以及操作人员的人工控制功能等。下位的PLC负责整个控制系统的运行，包括各种信号采集、数据处理以及各种输出信号控制。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测发射率

30、校正高温计发射率校正高温计反射率计反射率计反射差分光谱仪反射差分光谱仪分光椭圆偏振仪分光椭圆偏振仪表面光吸收仪表面光吸收仪光束挠度计光束挠度计MOVPE气体输运分系统光学高温计MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测发射率校正高温计发射率校正高温计热电偶和辐射高温计都很难测得真实的衬底温度。热电偶因衬底与基座接触不良而引起测量误差。辐射高温计需通过反应室的通光窗口测量衬底表面温度，但是反射率因生长材料不同而改变，另外当生长外延层时，会发生Fabry-Perot干涉现象，出现振荡峰。最常用的测温法：热电偶和辐射高温计。默认待测物发

31、射率为1MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测发射率校正高温计发射率校正高温计Veecos RealTemps200 (RT200) System辐射高温计和反射率计组合使用：在测量外延片热辐射的同时，用同样的波长测量衬底反射率。由反射率计算出发射率，最后使用Planck公式计算衬底的温度。Veecos RealTemps200 SystemMOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测反射率计反射率计反射率计由光源、单

32、色仪和探测器等组成。原理是基于外延层-衬底界面和外延层表面产生的Fabry-Perot干涉。最简单的反射谱是记录垂直照射到生长层表面的单色光的反射率随时间的变化。反射率谱的振幅会因生长过程中外延层表面变粗糙(平坦)而逐渐减小(增大)。反射率谱的这些细节变化已经用来优化氮化物系材料生长，特别是生长成核层。一个振荡周期所对应的厚度: MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测反射差分光谱仪反射差分光谱仪反射差分光谱(reflectance difference spectroscopy, RDS)反射非对称谱(

33、reflectance anisotropy spectroscopy, RAS)原理是测量垂直入射偏振光在立方相半导体晶面两个主轴方向的反射光的差别。由于立方相半导体的光学特性是各向同性的，观测到的非对称性起源于表面重构和弛豫所引起的表面非对称性。RDS谱所反映的就是最外层表面的各向异性。RAS测量(100)表面沿110轴的复反射系数r 110和110轴的复反射系数r 110之差，这样RAS信号表示为： GaAs(001) 面表面重构RAS图谱研究表面化学计量、表面重构、表面生长动力学、表面吸附和脱附以及表面形貌MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOV

34、PE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测反射差分光谱仪反射差分光谱仪氙灯（L）发出的光，经起偏棱镜（P）变成偏振光，近垂直地入射聚焦到衬底表面。反射光经过光弹性调节器（PEM）、分析棱镜（A）、再聚集到单色仪（MC）入射狭缝，最后到达探测器（MC）。反射差分分光谱反射差分分光谱RDSRDS装置示意图装置示意图MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测分光椭圆偏振仪分光椭圆偏振仪分光椭圆偏振(spectroscopic ellipsometry,SE)是测量线偏振光在非垂直入射情况下，来自样品表面的

35、反射光偏振状态的变化。与RDS不同，SE可以用于与立方晶体(111)面光学各向同性重构表面或六方晶体(0001)面。SE用于在蓝宝石上生长GaN时的核化层研究。由于介电常数与化学组分有关，SE也可以用来检测和控制三元或四元固溶体的组分。配备分光部件的椭圆偏振仪的MOVPE反应室示意图入射角通常接近布儒斯特角，对大多数半导体而言约为70o。光通过入射窗口，聚焦在衬底表面。MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MOPVE尾气处理分系统MOVPE生长控制装置分系统MOVPE外延层生长原位监测分光椭圆偏振仪分光椭圆偏振仪反射差分光谱仪（RAS）和分光椭圆偏振仪（SE）同时与MOVPE反应室耦合的剖面图MOVPE气体输运分系统MOVPE生长反应室分系统MO